(57)【要約】【課題】ロボットのデザインの自由度を低下させずに、ロボットの頭部の動きを多彩にし、ロボットの表現力を高めるようにする。【解決手段】  ロボットの頭部ユニット１４２は、コアレスモータなどにより構成されるアクチュエータ１７１乃至１７３により互いに直交するロール軸、ピッチ軸、およびヨー軸を中心に回動する頭部関節部１６１、およびコアレスモータなどにより構成されるアクチュエータ１７４および１７５により互いに直交するピッチ軸およびヨー軸を中心に回動する首部関節部１６３を備える。本発明は、エンタテイメントロボットに適用することができる。【選択図】図２
2005349545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いにほぼ直交するロール軸、ピッチ軸、およびヨー軸を中心に回動する少なくとも３自由度の関節自由度を持ち、コアレスモータにより駆動する１個以上の関節部を備える
ことを特徴とするロボットの頭部。
【請求項２】
少なくとも頭部と胴体部を備え、前記頭部が前記胴体部に対して相対的に所定の第１の方向に回動するロボットにおいて、
前記頭部を第１の軸を中心に前記第１の回動方向に第１の最大角度まで回動させる第１のアクチュエータと、
前記頭部を第２の軸を中心に前記第１の回動方向に第２の最大角度まで回動させる第２のアクチュエータと、
前記頭部を前記第１の回動方向の所定の第１の回動角度まで回動させる場合、予め定められた優先順位に基づいて、優先順位の高い前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記第１の回動方向に回動させることができる前記第１の最大角度が前記第１の回動角度以上のとき、前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記第１の回動方向に前記第１の回動角度だけ回動させ、前記第１の最大角度が前記第１の回動角度より小さいとき、前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記第１の回動方向に前記第１の最大角度だけ回動させるとともに、前記第２のアクチュエータにより前記頭部を前記第１の回動方向に前記第１の回動角度から前記第１の最大角度を引いた角度だけ回動させるように前記第１のアクチュエータまたは前記第２のアクチュエータを制御する制御部と
を含むことを特徴とするロボット。
【請求項３】
前記頭部は前記胴体部に対してさらに所定の第２の回動方向に回動し、
前記頭部を第３の軸を中心に前記第２の回動方向に第３の最大角度まで回動させる第３のアクチュエータと、
前記頭部を第４の軸を中心に前記第２の回動方向に第４の最大角度まで回動させる第４のアクチュエータとをさらに含み、
前記制御部は、さらに、前記頭部を前記第２の回動方向の所定の第２の回動角度まで回動させる場合、予め定められた優先順位に基づいて、優先順位の高い前記第３のアクチュエータにより前記頭部を前記第２の回動方向に回動させることができる前記第３の最大角度が前記第２の回動角度以上のとき、前記第３のアクチュエータにより前記頭部を前記第２の回動方向に前記第２の回動角度だけ回動させ、前記第３の最大角度が前記第２の回動角度より小さいとき、前記第３のアクチュエータにより前記頭部を前記第２の回動方向に前記第３の最大角度だけ回動させるとともに、前記第４のアクチュエータにより前記頭部を前記第２の回動方向に前記第２の回動角度から前記第３の最大角度を引いた角度だけ回動させるように前記第３のアクチュエータまたは前記第４のアクチュエータを制御する
ことを特徴とする請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記頭部は前記胴体部に対してさらに所定の第３の回動方向に回動し、
前記頭部を第５の軸を中心に前記第３の回動方向に第５の最大角度まで回動させる第５のアクチュエータをさらに含み、
前記第１の軸または前記第２の軸のうちいずれか一方と、前記第３の軸または前記第４の軸のうちいずれか一方と、前記第５の軸とは互いにほぼ直交する
ことを特徴とする請求項３に記載のロボット。
【請求項５】
少なくとも頭部と胴体部を備え、前記頭部が前記胴体部に対して相対的に所定の回動方向に回動し、前記頭部を第１の軸を中心に前記回動方向に第１の最大角度まで回動させる第１のアクチュエータと、前記頭部を第２の軸を中心に前記回動方向に第２の最大角度まで回動させる第２のアクチュエータとを備えるロボットの動作制御方法において、
前記頭部を前記回動方向の所定の回動角度まで回動させる場合、予め定められた優先順位に基づいて、優先順位の高い前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に回動させることができる前記第１の最大角度が前記回動角度以上のとき、前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に前記回動角度だけ回動させ、前記第１の最大角度が前記回動角度より小さいとき、前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に前記第１の最大角度だけ回動させるとともに、前記第２のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に前記回動角度から前記第１の最大角度を引いた角度だけ回動させるように前記第１のアクチュエータまたは前記第２のアクチュエータを制御する制御ステップ
を含むことを特徴とするロボットの動作制御方法。
【請求項６】
少なくとも頭部と胴体部を備え、前記頭部が前記胴体部に対して相対的に所定の回動方向に回動し、前記頭部を第１の軸を中心に前記回動方向に第１の最大角度まで回動させる第１のアクチュエータと、前記頭部を第２の軸を中心に前記回動方向に第２の最大角度まで回動させる第２のアクチュエータとを備えるロボットの動作制御処理用のプログラムであって、
前記頭部を前記回動方向の所定の回動角度まで回動させる場合、予め定められた優先順位に基づいて、優先順位の高い前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に回動させることができる前記第１の最大角度が前記回動角度以上のとき、前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に前記回動角度だけ回動させ、前記第１の最大角度が前記回動角度より小さいとき、前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に前記第１の最大角度だけ回動させるとともに、前記第２のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に前記回動角度から前記第１の最大角度を引いた角度だけ回動させるように前記第１のアクチュエータまたは前記第２のアクチュエータを制御する制御ステップ
を含むことを特徴とするコンピュータが読み取り可能なプログラムが記録されている記録媒体。
【請求項７】
少なくとも頭部と胴体部を備え、前記頭部が前記胴体部に対して相対的に所定の回動方向に回動し、前記頭部を第１の軸を中心に前記回動方向に第１の最大角度まで回動させる第１のアクチュエータと、前記頭部を第２の軸を中心に前記回動方向に第２の最大角度まで回動させる第２のアクチュエータとを備えるロボットの動作制御処理を、前記ロボットのコンピュータに行わせるプログラムにおいて、
前記頭部を前記回動方向の所定の回動角度まで回動させる場合、予め定められた優先順位に基づいて、優先順位の高い前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に回動させることができる前記第１の最大角度が前記回動角度以上のとき、前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に前記回動角度だけ回動させ、前記第１の最大角度が前記回動角度より小さいとき、前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に前記第１の最大角度だけ回動させるとともに、前記第２のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に前記回動角度から前記第１の最大角度を引いた角度だけ回動させるように前記第１のアクチュエータまたは前記第２のアクチュエータを制御する制御ステップ
を含むことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット、ロボットの頭部、ロボットの動作制御方法、記録媒体、およびプログラムに関し、表現力をより高めるようにしたロボット、ロボットの頭部、ロボットの動作制御方法、記録媒体、およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ペット型のロボットや人間型のロボットなどユーザを楽しませることを主な目的としたエンタテイメントロボットの研究および開発が盛んである。エンタテイメントロボットにおいては、ロボットの感情などを表現力豊かに表すことが重要となる。そして、ロボットの表現力を豊かにする一つの方法として、ロボットの骨格部の関節の自由度を増やしたり、各関節の回動角度を大きくすることにより、ロボットの動きを多彩にすることが考えられる。このため、首部の関節自由度を高くして、表現力を豊かにしたロボットが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、エンタテイメントロボットにおいては、ユーザが嗜好するデザインを実現することが重要であり、ロボットの骨格部に意匠を凝らした外装を覆いかぶせるなどして、ユーザが嗜好するデザインが実現される。
【特許文献１】特開２００３−２００３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ロボットのデザインを設計する上で、ロボットの骨格部の動きを妨げないようにロボットの外装を設計したり、安全対策のためにロボットの骨格部の可動部分を隠したりすることなどによりデザインの自由度が制限される。従って、ロボットの関節の自由度を増やしたり、各関節の回動角度を大きくして、ロボットの可動範囲が大きくなると、その分、ロボットのデザインの自由度が制限されてしまう。そのため、従来のロボットでは、デザインを重視するために、ロボットの動きが制限され、特にロボットの頭部は、ダイナミックな動きに乏しく、眉、目、唇などの顔のパーツを動かしたり、LED（Light Emitting Diode）を点滅させたりすることが主な表現方法となり、表現力に乏しくなってしまうという課題があった。
【０００５】
また、特許文献１の発明では、ロボットの首部の上部のロール軸方向の回動軸とピッチ軸方向の回動軸が直交せずにオフセットしており、ユーザが指などを挟んだりしないよう安全対策のために、首部の可動部を隠し部材で覆って隠す必要がある範囲が大きくなり、その分、ロボットのデザインの自由度が低下してしまうという課題があった。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ロボットのデザインの自由度を低下させずに、ロボットの頭部の動きを多彩にし、ロボットの表現力を高めることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のロボットの頭部は、互いにほぼ直交するロール軸、ピッチ軸、およびヨー軸を中心に回動する少なくとも３自由度の関節自由度を持ち、コアレスモータにより駆動する１個以上の関節部を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明のロボットは、少なくとも頭部と胴体部を備え、頭部が胴体部に対して相対的に所定の第１の方向に回動するロボットであって、頭部を第１の軸を中心に第１の回動方向に第１の最大角度まで回動させる第１のアクチュエータと、頭部を第２の軸を中心に第１の回動方向に第２の最大角度まで回動させる第２のアクチュエータと、頭部を第１の回動方向の所定の第１の回動角度まで回動させる場合、予め定められた優先順位に基づいて、優先順位の高い第１のアクチュエータにより頭部を第１の回動方向に回動させることができる第１の最大角度が第１の回動角度以上のとき、第１のアクチュエータにより頭部を第１の回動方向に第１の回動角度だけ回動させ、第１の最大角度が第１の回動角度より小さいとき、第１のアクチュエータにより頭部を第１の回動方向に第１の最大角度だけ回動させるとともに、第２のアクチュエータにより頭部を第１の回動方向に第１の回動角度から第１の最大角度を引いた角度だけ回動させるように第１のアクチュエータまたは第２のアクチュエータを制御する制御部とを含むことを特徴とする。
【０００９】
頭部は胴体部に対してさらに所定の第２の回動方向に回動し、頭部を第３の軸を中心に第２の回動方向に第３の最大角度まで回動させる第３のアクチュエータと、頭部を第４の軸を中心に第２の回動方向に第４の最大角度まで回動させる第４のアクチュエータとをさらに含み、制御部は、さらに、頭部を第２の回動方向の所定の第２の回動角度まで回動させる場合、予め定められた優先順位に基づいて、優先順位の高い第３のアクチュエータにより頭部を第２の回動方向に回動させることができる第３の最大角度が第２の回動角度以上のとき、第３のアクチュエータにより頭部を第２の回動方向に第２の回動角度だけ回動させ、第３の最大角度が第２の回動角度より小さいとき、第３のアクチュエータにより頭部を第２の回動方向に第３の最大角度だけ回動させるとともに、第４のアクチュエータにより頭部を第２の回動方向に第２の回動角度から第３の最大角度を引いた角度だけ回動させるように第３のアクチュエータまたは第４のアクチュエータを制御するようにすることができる。
【００１０】
頭部は胴体部に対してさらに所定の第３の回動方向に回動し、頭部を第５の軸を中心に第３の回動方向に第５の最大角度まで回動させる第５のアクチュエータをさらに含み、第１の軸または第２の軸のうちいずれか一方と、第３の軸または第４の軸のうちいずれか一方と、第５の軸とは互いにほぼ直交するようにすることができる。
【００１１】
本発明のロボットの動作制御方法は、少なくとも頭部と胴体部を備え、頭部が胴体部に対して相対的に所定の回動方向に回動し、頭部を第１の軸を中心に回動方向に第１の最大角度まで回動させる第１のアクチュエータと、頭部を第２の軸を中心に回動方向に第２の最大角度まで回動させる第２のアクチュエータとを備えるロボットの動作制御方法であって、頭部を回動方向の所定の回動角度まで回動させる場合、予め定められた優先順位に基づいて、優先順位の高い第１のアクチュエータにより頭部を回動方向に回動させることができる第１の最大角度が回動角度以上のとき、第１のアクチュエータにより頭部を回動方向に回動角度だけ回動させ、第１の最大角度が回動角度より小さいとき、第１のアクチュエータにより頭部を回動方向に第１の最大角度だけ回動させるとともに、第２のアクチュエータにより頭部を回動方向に回動角度から第１の最大角度を引いた角度だけ回動させるように第１のアクチュエータまたは第２のアクチュエータを制御する制御ステップを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の記録媒体に記録されているプログラムは、少なくとも頭部と胴体部を備え、頭部が胴体部に対して相対的に所定の回動方向に回動し、頭部を第１の軸を中心に回動方向に第１の最大角度まで回動させる第１のアクチュエータと、頭部を第２の軸を中心に回動方向に第２の最大角度まで回動させる第２のアクチュエータとを備えるロボットの動作制御処理用のプログラムであって、頭部を回動方向の所定の回動角度まで回動させる場合、予め定められた優先順位に基づいて、優先順位の高い第１のアクチュエータにより頭部を回動方向に回動させることができる第１の最大角度が回動角度以上のとき、第１のアクチュエータにより頭部を回動方向に回動角度だけ回動させ、第１の最大角度が回動角度より小さいとき、第１のアクチュエータにより頭部を回動方向に第１の最大角度だけ回動させるとともに、第２のアクチュエータにより頭部を回動方向に回動角度から第１の最大角度を引いた角度だけ回動させるように第１のアクチュエータまたは第２のアクチュエータを制御する制御ステップを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明のプログラムは、少なくとも頭部と胴体部を備え、頭部が胴体部に対して相対的に所定の回動方向に回動し、頭部を第１の軸を中心に回動方向に第１の最大角度まで回動させる第１のアクチュエータと、頭部を第２の軸を中心に回動方向に第２の最大角度まで回動させる第２のアクチュエータとを備えるロボットの動作制御処理を、ロボットのコンピュータに行わせるプログラムであって、頭部を回動方向の所定の回動角度まで回動させる場合、予め定められた優先順位に基づいて、優先順位の高い第１のアクチュエータにより頭部を回動方向に回動させることができる第１の最大角度が回動角度以上のとき、第１のアクチュエータにより頭部を回動方向に回動角度だけ回動させ、第１の最大角度が回動角度より小さいとき、第１のアクチュエータにより頭部を回動方向に第１の最大角度だけ回動させるとともに、第２のアクチュエータにより頭部を回動方向に回動角度から第１の最大角度を引いた角度だけ回動させるように第１のアクチュエータまたは第２のアクチュエータを制御する制御ステップを含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明のロボットの頭部においては、ロボットの頭部の関節部が、互いにほぼ直交するロール軸、ピッチ軸、およびヨー軸を中心に回動される。
【００１５】
本発明のロボット、ロボットの動作制御方法、記録媒体、およびプログラムにおいては、ロボットの頭部を所定の回動方向の所定の回動角度まで回動させる場合、予め定められた優先順位に基づいて、優先順位の高い第１のアクチュエータにより頭部を第１の軸を中心に回動方向に回動させることができる第１の最大角度が回動角度以上のとき、第１のアクチュエータにより頭部を回動方向に回動角度だけ回動させ、第１の最大角度が回動角度より小さいとき、第１のアクチュエータにより頭部を回動方向に第１の最大角度だけ回動させるとともに、第２のアクチュエータにより頭部を第２の軸を中心に回動方向に回動角度から第１の最大角度を引いた角度だけ回動させるように第１のアクチュエータまたは第２のアクチュエータが制御される。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明のロボット、ロボットの頭部、ロボットの動作制御方法、記録媒体、およびプログラムによれば、ロボットの頭部を回動させることができる。また、本発明のロボット、ロボットの頭部、ロボットの動作制御方法、記録媒体、およびプログラムによれば、ロボットのデザインの自由度を低下させずに、ロボットの頭部の動きを多彩にし、ロボットの表現力を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態を説明するが、請求項に記載の構成要件と、発明の実施の形態における具体例との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、請求項に記載されている発明をサポートする具体例が、発明の実施の形態に記載されていることを確認するためのものである。従って、発明の実施の形態中には記載されているが、構成要件に対応するものとして、ここには記載されていない具体例があったとしても、そのことは、その具体例が、その構成要件に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、具体例が構成要件に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その具体例が、その構成要件以外の構成要件には対応しないものであることを意味するものでもない。
【００１８】
さらに、この記載は、発明の実施の形態に記載されている具体例に対応する発明が、請求項に全て記載されていることを意味するものではない。換言すれば、この記載は、発明の実施の形態に記載されている具体例に対応する発明であって、この出願の請求項には記載されていない発明の存在、すなわち、将来、分割出願されたり、補正により追加される発明の存在を否定するものではない。
【００１９】
請求項１に記載のロボットの頭部（例えば、図１の頭部ユニット１１２）は、互いにほぼ直交するロール軸（例えば、図３のロール軸１８１−１）、ピッチ軸（例えば、図３のピッチ軸１８１−２）、およびヨー軸（例えば、図３のヨー軸１８１−３）を中心に回動する少なくとも３自由度の関節自由度を持ち、コアレスモータ（例えば、図６のロール軸モータ２０１、ピッチ軸モータ２０６、またはヨー軸モータ２１１）により駆動する１個以上の関節部（例えば、図２の頭部関節部１６１）を備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項２に記載のロボット（例えば、図１のロボット１０１）は、少なくとも頭部（例えば、図１の頭部ユニット１１２）と胴体部（例えば、図１の胴体部ユニット１１１）を備え、前記頭部が前記胴体部に対して相対的に所定の第１の回動方向（例えば、図３のヨー軸（ｚ軸）回りの方向）に回動するロボットであって、前記頭部を第１の軸（例えば、図３のヨー軸１８１−５）を中心に前記第１の回動方向に第１の最大角度まで回動させる第１のアクチュエータ（例えば、図２のアクチュエータ１７５）と、前記頭部を第２の軸（例えば、図３のヨー軸１８１−３）を中心に前記第１の回動方向に第２の最大角度まで回動させる第２のアクチュエータ（例えば、図２のアクチュエータ１７３）と、前記頭部を前記第１の回動方向の所定の第１の回動角度まで回動させる場合、予め定められた優先順位に基づいて、優先順位の高い前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記第１の回動方向に回動させることができる前記第１の最大角度が前記第１の回動角度以上のとき、前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記第１の回動方向に前記第１の回動角度だけ回動させ、前記第１の最大角度が前記第１の回動角度より小さいとき、前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記第１の回動方向に前記第１の最大角度だけ回動させるとともに、前記第２のアクチュエータにより前記頭部を前記第１の回動方向に前記第１の回動角度から前記第１の最大角度を引いた角度だけ回動させるように前記第１のアクチュエータまたは前記第２のアクチュエータを制御する制御部（例えば、図１０のメインコントロール部１５１）とを含むことを特徴とする。
【００２１】
請求項３に記載のロボット（例えば、図１のロボット１０１）においては、前記頭部は前記胴体部に対してさらに所定の第２の回動方向（例えば、図３のピッチ軸（ｙ軸）回りの方向）に回動し、前記頭部を第３の軸（例えば、図３のピッチ軸１８１−４）を中心に前記第２の回動方向に第３の最大角度まで回動させる第３のアクチュエータ（例えば、図２のアクチュエータ１７４）と、前記頭部を第４の軸（例えば、図３のピッチ軸１８１−２）を中心に前記第２の回動方向に第４の最大角度まで回動させる第４のアクチュエータ（例えば、図２のアクチュエータ１７２）とをさらに含み、前記制御部は、さらに、前記頭部を前記第２の回動方向の所定の第２の回動角度まで回動させる場合、予め定められた優先順位に基づいて、優先順位の高い前記第３のアクチュエータにより前記頭部を前記第２の回動方向に回動させることができる前記第３の最大角度が前記第２の回動角度以上のとき、前記第３のアクチュエータにより前記頭部を前記第２の回動方向に前記第２の回動角度だけ回動させ、前記第３の最大角度が前記第２の回動角度より小さいとき、前記第３のアクチュエータにより前記頭部を前記第２の回動方向に前記第３の最大角度だけ回動させるとともに、前記第４のアクチュエータにより前記頭部を前記第２の回動方向に前記第２の回動角度から前記第３の最大角度を引いた角度だけ回動させるように前記第３のアクチュエータまたは前記第４のアクチュエータを制御することを特徴とする。
【００２２】
請求項４に記載のロボット（例えば、図１のロボット１０１）においては、前記頭部は前記胴体部に対してさらに所定の第３の回動方向（例えば、図３のロール軸（ｘ軸）回りの方向）に回動し、前記頭部を第５の軸（例えば、図３のロール軸１８１−１）を中心に前記第３の回動方向に第５の最大角度まで回動させる第５のアクチュエータ（例えば、図２のアクチュエータ１７１）をさらに含み、前記第１の軸または前記第２の軸のうちいずれか一方と、前記第３の軸または前記第４の軸のうちいずれか一方と、前記第５の軸とは互いにほぼ直交することを特徴とする。
【００２３】
請求項５に記載のロボット（例えば、図１のロボット１０１）の動作制御方法は、少なくとも頭部（例えば、図１の頭部ユニット１１２）と胴体部（例えば、図１の胴体部ユニット１１１）を備え、前記頭部が前記胴体部に対して相対的に所定の回動方向（例えば、図３のヨー軸（ｚ軸）回りの方向）に回動し、前記頭部を第１の軸（例えば、図３のヨー軸１８１−５）を中心に前記回動方向に第１の最大角度まで回動させる第１のアクチュエータ（例えば、図２のアクチュエータ１７５）と、前記頭部を第２の軸（例えば、図３のヨー軸１８１−３）を中心に前記回動方向に第２の最大角度まで回動させる第２のアクチュエータ（例えば、図２のアクチュエータ１７３）とを備えるロボットの動作制御方法において、前記頭部を前記回動方向の所定の回動角度まで回動させる場合、予め定められた優先順位に基づいて、優先順位の高い前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に回動させることができる前記第１の最大角度が前記回動角度以上のとき、前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に前記回動角度だけ回動させ、前記第１の最大角度が前記回動角度より小さいとき、前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に前記第１の最大角度だけ回動させるとともに、前記第２のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に前記回動角度から前記第１の最大角度を引いた角度だけ回動させるように前記第１のアクチュエータまたは前記第２のアクチュエータを制御する制御ステップ（例えば、図１１のステップＳ７）を含むことを特徴とする。
【００２４】
請求項６に記載の記録媒体（例えば、図１２に記載のリムーバブルメディア７１１）に記録されているプログラムは、少なくとも頭部（例えば、図１の頭部ユニット１１２）と胴体部（例えば、図１の胴体部ユニット１１１）を備え、前記頭部が前記胴体部に対して相対的に所定の回動方向（例えば、図３のヨー軸（ｚ軸）回りの方向）に回動し、前記頭部を第１の軸（例えば、図３のヨー軸１８１−５）を中心に前記回動方向に第１の最大角度まで回動させる第１のアクチュエータ（例えば、図２のアクチュエータ１７５）と、前記頭部を第２の軸（例えば、図３のヨー軸１８１−３）を中心に前記回動方向に第２の最大角度まで回動させる第２のアクチュエータ（例えば、図２のアクチュエータ１７３）とを備えるロボットの動作制御処理用のプログラムであって、前記頭部を前記回動方向の所定の回動角度まで回動させる場合、予め定められた優先順位に基づいて、優先順位の高い前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に回動させることができる前記第１の最大角度が前記回動角度以上のとき、前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に前記回動角度だけ回動させ、前記第１の最大角度が前記回動角度より小さいとき、前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に前記第１の最大角度だけ回動させるとともに、前記第２のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に前記回動角度から前記第１の最大角度を引いた角度だけ回動させるように前記第１のアクチュエータまたは前記第２のアクチュエータを制御する制御ステップ（例えば、図１１のステップＳ７）を含むことを特徴とする。
【００２５】
請求項７に記載のプログラムは、少なくとも頭部（例えば、図１の頭部ユニット１１２）と胴体部（例えば、図１の胴体部ユニット１１１）を備え、前記頭部が前記胴体部に対して相対的に所定の回動方向（例えば、図３のヨー軸（ｚ軸）回りの方向）に回動し、前記頭部を第１の軸（例えば、図３のヨー軸１８１−５）を中心に前記回動方向に第１の最大角度まで回動させる第１のアクチュエータ（例えば、図２のアクチュエータ１７５）と、前記頭部を第２の軸（例えば、図３のヨー軸１８１−３）を中心に前記回動方向に第２の最大角度まで回動させる第２のアクチュエータ（例えば、図２のアクチュエータ１７３）とを備えるロボットの動作制御処理を、前記ロボットのコンピュータに行わせるプログラムであって、前記頭部を前記回動方向の所定の回動角度まで回動させる場合、予め定められた優先順位に基づいて、優先順位の高い前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に回動させることができる前記第１の最大角度が前記回動角度以上のとき、前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に前記回動角度だけ回動させ、前記第１の最大角度が前記回動角度より小さいとき、前記第１のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に前記第１の最大角度だけ回動させるとともに、前記第２のアクチュエータにより前記頭部を前記回動方向に前記回動角度から前記第１の最大角度を引いた角度だけ回動させるように前記第１のアクチュエータまたは前記第２のアクチュエータを制御する制御ステップ（例えば、図１１のステップＳ７）を含むことを特徴とする。
【００２６】
以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
図１は、本発明を適用したロボット１０１の一実施の形態の外観構成を模式的に示す斜視図である。ロボット１０１は、胴体部ユニット１１１、頭部ユニット１１２、腕部ユニット１１３Ｒ，１１３Ｌ、脚部ユニット１１４Ｌ，１１４Ｒ、および尻尾部ユニット１１５により構成される。胴体部ユニット１１１の前端部上方に頭部ユニット１１２が連結され、胴体部ユニット１１１の左前部下方に腕部ユニット１１３Ｌが連結され、胴体部ユニット１１１の右前部下方に腕部ユニット１１３Ｒが連結され、胴体部ユニット１１１の左後部下方に脚部ユニット１１４Ｌが連結され、胴体部ユニット１１１の右後部下方に脚部ユニット１１４Ｒが連結され、胴体部ユニット１１１の後端部に尻尾部ユニット１１５が連結されている。
【００２８】
ロボット１０１は、脚部ユニット１１４Ｌまたは１１４Ｒを折りたたんだり、伸展したりして、自力で立ったり、座ったり、歩行したり、走行したり、跳躍したりすることができる。また、ロボット１０１は、頭部ユニット１１２、腕部ユニット１１３Ｌ、腕部ユニット１１３Ｒ、または尻尾部ユニット１１５を動かすことにより、鳥類、恐竜、または爬虫類などに似たおどけたしぐさなどのパフォーマンスを表現することができる。
【００２９】
図２は、ロボット１０１の胴体部ユニット１１１および頭部ユニット１１２の内部に収容される骨格を構成する骨格部１３１の構成の例を模式的に示す斜視図である。骨格部１３１は、胴体部ユニット１４１の前方の面１４１Ａに頭部ユニット１４２が連結され、構成される。図３は、ロボット１０１の頭部ユニット１１２が正面前方を向いた位置（以下、基準位置と称する）における、頭部ユニット１４２の各関節部の回動軸を模式的に示した図である。
【００３０】
図３内のロール軸（ｘ軸）の軸方向はロボット１０１の後方から前方に向かう方向であり、ピッチ軸（ｙ軸）の軸方向はロボット１０１の右方向から左方向に向かう方向であり、ヨー軸（ｚ軸）の軸方向はロボット１０１の下方から上方に向かう方向である。ロール軸、ピッチ軸、およびヨー軸は互いに直交している。
【００３１】
なお、以下、ロール軸（ｘ軸）回りの回転方向について、ロール軸の軸方向を向いてロール軸を中心にして反時計回りの矢印１８２で示される方向をプラス方向とし、矢印１８２と反対の方向をマイナス方向とする。ピッチ軸（ｙ軸）回りの回転方向について、ピッチ軸の軸方向を向いてピッチ軸を中心にして反時計回りの矢印１８３で示される方向をプラス方向とし、矢印１８３と反対の方向をマイナス方向とする。ヨー軸（ｚ軸）回りの回転方向について、ヨー軸の軸方向を向いてヨー軸を中心にして反時計回りの矢印１８４で示される方向をプラス方向とし、矢印１８４と反対の方向をマイナス方向とする。
【００３２】
胴体部ユニット１４１には、汎用のCPU（Central Processing Unit）、ROM（Read Only Memory）、およびRAM（Random Access Memory）、またはMPU（Micro Processing Unit）などからなる、ロボット１０１の各部の動きを制御するメインコントロール部１５１が内蔵されている。
【００３３】
頭部ユニット１４２は、頭部関節部１６１、連結部１６２、および首部関節部１６３により構成される。頭部関節部１６１は、連結部１６２を介して、首部関節部１６３と連結され、首部関節部１６３は、胴体部ユニット１１１の面１４１Ａに連結されている。首部関節部１６３は、連結部１６２をピッチ軸１８１−４またはヨー軸１８１−５を中心に回動自在に支持している。
【００３４】
頭部関節部１６１は、アクチュエータ１７１乃至１７３により構成される。アクチュエータ１７１は、図３に示されるロール軸１８１−１を中心にして、頭部ユニット１１２を回動させる。アクチュエータ１７２は、ピッチ軸１８１−２を中心にして、頭部ユニット１１２を回動させる。アクチュエータ１７３は、ヨー軸１８１−３を中心にして、頭部ユニット１１２を回動させる。
【００３５】
首部関節部１６３は、アクチュエータ１７４および１７５により構成される。アクチュエータ１７４は、ピッチ軸１８１−４を中心にして、頭部ユニット１１２（連結部１６２）を回動させる。アクチュエータ１７５は、ヨー軸１８１−５を中心にして、頭部ユニット１１２（連結部１６２）を回動させる。
【００３６】
図３に示されるように、頭部ユニット１１２が基準位置にある場合、ロール軸１８１−１はロール軸（ｘ軸）とほぼ平行な方向となり、ピッチ軸１８１−２および１８１−４はピッチ軸（ｙ軸）とほぼ平行な方向となり、ヨー軸１８１−３および１８１−５はヨー軸（ｚ軸）とほぼ平行な方向となる。また、ロール軸１８１−１、ピッチ軸１８１−２、およびヨー軸１８１−３は互いにほぼ直交し、ピッチ軸１８１−４およびヨー軸１８１−５は互いにほぼ直交している。
【００３７】
従って、頭部ユニット１４２の関節自由度は、ロール軸（ｘ軸）回りにロール軸１８１−１を中心とする回転方向の１自由度、ピッチ軸（ｙ軸）回りにピッチ軸１８１−２を中心とする回転方向およびピッチ軸１８１−４を中心とする回転方向の２自由度、およびヨー軸（ｚ軸）回りにヨー軸１８１−３を中心とする回転方向およびヨー軸１８１−５を中心とする回転方向の２自由度の合計５自由度となる。
【００３８】
なお、ロール軸１８１−１、ピッチ軸１８１−２、およびヨー軸１８１−３が交わる点を原点とし、ロール軸１８１−１、ピッチ軸１８１−２、およびヨー軸１８１−３により定義される頭部関節部１６１の座標系は、アクチュエータ１７４により連結部１６２が回動されるとともに、ピッチ軸１８１−４を中心に回動し、アクチュエータ１７５により連結部１６２が回動されるとともに、ヨー軸１８１−５を中心に回動する。
【００３９】
頭部関節部１６１および首部関節部１６３には、それぞれ各関節部の各軸の角度を検出する図示せぬ角度センサが設けられており、角度センサにより検出されたデータが、図示せぬ信号線により胴体部ユニット１４１のメインコントロール部１５１に供給される。メインコントロール部１５１は、各関節部の角度センサにより検出された各軸の角度を示すデータに基づいて、アクチュエータ１７１乃至１７５を制御して、頭部関節部１６１または首部関節部１６３を回動させる。
【００４０】
図４および図５は、頭部関節部１６１に頭部の外装１９１を取り付けた状態の骨格部１３１の動きを説明する図である。図４は骨格部１３１を真上から見た図であり、図５は斜めから見た図である。例えば、ロボット１０１の頭部ユニット１４２を、ヨー軸回りに正逆方向にそれぞれ最大１２０°まで回動させる必要がある場合、アクチュエータ１７３によるヨー軸１８１−３回りの回動角度を正逆方向に最大９０°までに制限し、アクチュエータ１７５によるヨー軸１８１−５回りの回動角度を正逆方向に最大３０°までに制限することができる。そして、アクチュエータ１７３によるヨー軸１８１−３回りの動きと、アクチュエータ１７５によるヨー軸１８１−５回りの動きとを組み合わせることにより、例えば、図４および図５に示されるように、ロボット１０１の頭部ユニット１４２を、図４においてヨー軸を中心とする左回りの方向に最大１２０°まで回動させることができる。
【００４１】
従って、１つの関節部のみにより頭部ユニット１４２のヨー軸回りの動きを実現する場合に比べて、各関節部の回動角度を小さくすることができる。これにより、関節部を回動させた場合の干渉（当接）を防止するために必要なロボット１０１のデザインの制限を小さくでき、ロボット１０１のデザインの自由度が向上する。逆に、ロボット１０１のデザイン上の制限により、各関節部の回動範囲が小さく制限されていても、各関節部の動きを組み合わせることにより、頭部ユニット１４２の動きを大きく、多彩にすることができる。
【００４２】
ピッチ軸についても同様に、アクチュエータ１７２によるピッチ軸１８１−２回りの動きと、アクチュエータ１７４によるピッチ軸１８１−４回りの動きとを組み合わせることにより、頭部ユニット１４２のピッチ軸回りの動きを大きくすることができる。なお、関節部の数をさらに増やすことにより、各関節部の回動範囲を小さくしても、頭部ユニット１４２全体の動きを大きくすることができる。また、各関節部の回動範囲を小さくすることにより、ロボット１０１のデザインの自由度をさらに高めることができる。
【００４３】
図６および図７は、頭部関節部１６１の機構の構成の例を示した図である。図６は頭部関節部１６１を斜めから見た図であり、図７は頭部関節部１６１を横から見た図である。
【００４４】
頭部関節部１６１は、ロール軸モータ２０１、ロール軸ギヤユニット２０２、部材２０３乃至２０５、ピッチ軸モータ２０６、ピッチ軸ギヤユニット２０７、部材２０８、軸受２０９、部材２１０、ヨー軸モータ２１１、部材２１２，２１３、および角度センサ２１４により構成される。なお、図６および図７に示される例において、図２に示されるアクチュエータ１７１は、ロール軸モータ２０１およびロール軸ギヤユニット２０２により構成され、アクチュエータ１７２は、ピッチ軸モータ２０６およびピッチ軸ギヤユニット２０７により構成され、アクチュエータ１７３は、ヨー軸モータ２１１により構成され、接続部１６２は、部材２１３により構成される。
【００４５】
ロール軸モータ２０１は、円筒形のDCコアレスモータにより構成され、ロール軸モータ２０１の周囲には、熱放射を利用して外部へ熱を放出する放熱用の塗料が塗布されている。ロール軸モータ２０１の円筒部の側面の下方は、アルミニウムでできた部材２０３により支持され、固定されている。
【００４６】
DCコアレスモータは、同じ出力のDCコアドモータに比べて、応答速度（回転の開始と停止）が速い。しかし、DCコアレスモータは、同じ出力のDCコアドモータに比べて発熱量が大きい。ロボット１０１においては、ロール軸モータ２０１の周囲に放熱塗料を塗布することにより、ロール軸モータ２０１が発生する熱が素早く外部に放出される。また、ロール軸モータ２０１と接する部材２０３の材質を熱伝導率の高いアルミニウムにすることにより、さらにロール軸モータ２０１の放熱が促進される。さらに、ロール軸ギヤユニット２０２および部材２０３以外の部品をロール軸モータ２０１に接しないように配置し、ロール軸モータ２０１の周囲に広い空間を設けることにより、ロール軸モータ２０１の熱が逃げやすくなっている。これにより、発熱量が大きいDCコアレスモータをロール軸モータ２０１に使用することができる。
【００４７】
ロール軸ギヤユニット２０２は、例えば、スパーギヤ、ヘリカルギヤ、遊星ギヤ、またはハーモニック減速機などを内蔵し、ロール軸モータ２０１の図示せぬ出力軸がロール軸ギヤユニット２０２の図示せぬギヤに噛合され、ロール軸モータ２０１の出力軸の回転を減速する。ロール軸ギヤユニット２０２は、ネジ２１５−１乃至２１５−３などにより、部材２０３に取り付けられ、ロール軸ギヤユニット２０２の図示せぬ出力軸は、部材２０４の部分２０４Ａに取り付けられている。ロール軸ギヤユニット２０２の出力軸の中心は、ロール軸１８１−１とほぼ一致し、部材２０４は、ロール軸ギヤユニット２０２の出力軸の回動とともに、ロール軸１８１−１を中心に回動する。また、部材２０４の面２０４Ｂには、ロボットの頭部の外装１９１（図４）がネジなどにより取り付けられる。
【００４８】
部材２０５は、ネジ２１５−４および２１５−５により部材２０４に取り付けられている。部材２０５の部材２０３の部分２０３Aと接する部分には図示せぬ軸が設けられており、その軸が、図示せぬ軸受を介して、部材２０３の部分２０３Ａに回動自在に支持されている。ロール軸ギヤユニット２０２の出力軸の中心と、部材２０５の軸の中心はほぼ一致し、ロール軸モータ２０１の出力軸が回転し、ロール軸ギヤユニット２０２の図示せぬ出力軸が回動するのに伴い、部材２０４および部材２０５が、ロール軸１８１−１を中心に回動する。
【００４９】
ピッチ軸モータ２０６は、ロール軸モータ２０１と同様に、周囲に放熱用の塗料が塗布された円筒形のDCコアレスモータにより構成される。また、ピッチ軸ギヤユニット２０７以外の部品をピッチ軸モータ２０６に接しないように配置し、ピッチ軸モータ２０６の周囲に広い空間を設けることにより、ピッチ軸モータ２０６の熱が逃げやすくしている。これにより、発熱量が大きいDCコアレスモータをピッチ軸モータ２０６に使用することができる。
【００５０】
ピッチ軸ギヤユニット２０７は、例えば、スパーギヤ、ヘリカルギヤ、遊星ギヤ、またはハーモニック減速機などを内蔵し、ピッチ軸モータ２０６の図示せぬ出力軸がピッチ軸ギヤユニット２０７の図示せぬギヤに噛合され、ピッチ軸モータ２０６の出力軸の回転を減速する。ピッチ軸ギヤユニット２０７は、ネジ２１５−７および２１５−８などにより部材２１０に取り付けられている。ピッチ軸ギヤユニット２０７の図示せぬ出力軸は、ネジ２１５−６により部材２０３に取り付けられ、部材２０３に設けられている軸２０３Ｂ（図７）は、軸受２０９を介して部材２０８に回動自在に支持されている。部材２０８は、ネジ２１５−９乃至２１５−１２により部材２１０に取り付けられている。
【００５１】
ピッチ軸ギヤユニット２０７の出力軸の中心と、部材２０３の軸２０３Ｂの中心は、ピッチ軸１８１−２とほぼ一致し、ピッチ軸モータ２０６の出力軸が回転し、ピッチ軸ギヤユニット２０７の出力軸が回動するのに伴い、部材２０３、ロール軸モータ２０１、ロール軸ギヤユニット２０２、部材２０４、および部材２０５が一体となって、ピッチ軸１８１−２を中心に回動する。
【００５２】
ヨー軸モータ２１１は、DCコアレスモータに、例えば、スパーギヤ、または遊星ギヤなどにより構成されるギヤヘッドを組み合わせた円筒形のギヤドモータにより構成され、ロール軸モータ２０１およびピッチ軸モータ２０６と同様に、周囲に放熱用の塗料が塗布されている。また、ヨー軸モータ２１１の下方の周囲は、熱伝導率の高いアルミニウムでできた部材２１２で覆われており、ヨー軸モータ２１１の放熱が促進される。これにより、発熱量が大きいコアレスのギヤドモータをヨー軸モータ２１１に使用することができる。
【００５３】
部材２１０と部材２１２は接続、固定され、ヨー軸モータ２１１は、部材２１０の孔の内側に一定の間隔を空けて配置される。また、ヨー軸モータ２１１および部材２１２は、部材２１３の内部に挿入され、部材２１３に対して、ヨー軸１８１−３を中心に回動自在とされている。ヨー軸モータ２１１の出力軸の回転に伴い、図６内の部材２１３以外の部品が一体となって、ヨー軸１８１−３を中心に回動する。
【００５４】
部材２０８に取り付けられた角度センサ２１４は、頭部関節部１６１の各軸の角度を検出し、図示せぬ信号線を介して、検出したデータを胴体部ユニット１４１のメインコントロール部１５１に供給する。
【００５５】
上述したように、ロール軸モータ２０１、ピッチ軸モータ２０６、およびヨー軸モータ２１１に応答速度が速いDCコアレスモータまたはコアレスのギヤドモータを用いることにより、ロボット１０１の頭部関節部１６１がより素早い動作をすることができるようになり、ロボット１０１の表現力が向上する。なお、首部関節部１６３のアクチュエータ１７４および１７５にも、同様にDCコアレスモータが用いられる。
【００５６】
一般的に、ロボットの関節の可動部は、関節が動いたときにユーザが指などを挟んだりしないよう安全対策のために、樹脂素材などでできた隠し部材で覆われて、隠される。ロボット１０１の頭部関節部１６１においては、ロール軸１８１−１、ピッチ軸１８１−２、およびヨー軸１８１−３が互いにほぼ直交しており、頭部関節部１６１の可動部を隠すために隠し部材で覆う必要のある最小範囲は、図８に示される範囲２４１となる。一方、図９に示されるように、ロール軸２５１−１、ピッチ軸２５１−２、およびヨー軸２５１−３が互いにオフセットしている場合、可動部を隠すために隠し部材で覆う必要のある最小範囲は範囲２６１となり、図８に示される範囲２４１より大きくなる。従って、ロボット１０１では、頭部関節部１６１の回動軸を互いにほぼ直交させることにより、頭部関節部１６１の可動部を隠し部材で覆う範囲を小さくすることができ、ロボット１０１のデザインの自由度を高めることができる。
【００５７】
次に、図１０および図１１を参照して、ロボット１０１の頭部ユニット１４２の各関節部の動作を制御する方法について説明する。なお、以下の説明においては、頭部ユニット１４２が正面前方を向いた位置を基準として、頭部関節部１６１が回動することができる範囲（以下、最大回動範囲と称する）を、ロール軸１８１−１回りに±３０°、ピッチ軸１８１−２回りに±３０°、およびヨー軸１８１−３回りに±９０°とし、首部関節部１６３の最大回動範囲を、ピッチ軸１８１−４回りに±２２．５°、およびヨー軸１８１−５回りに±３０°とする。
【００５８】
図１０は、関節動作制御のプログラムを実行するメインコントロール部１５１により実現される機能の構成の一例を示すブロック図である。メインコントロール部１５１が関節動作制御のプログラムを実行することにより、動作角度設定部３０１、関節動作設定部３０２、および関節動作制御部３０３が実現される。
【００５９】
動作角度設定部３０１は、ユーザから入力されたり、または、メインコントロール部１５１が他のプログラムを実行することにより実現される機能により出力された、頭部ユニット１４２の動作（例えば、頭を上げる動作、首を回す動作など）を指示する指令（以下、動作指令と称する）を取得する。動作角度設定部３０１は取得した動作指令により指示された頭部ユニット１４２の動作を実現するために必要な、ロール軸、ピッチ軸、およびヨー軸回りの回動角度（以下、必要回動角度と称する）を設定し、必要回動角度を示すデータ（以下、必要回動角度データと称する）を関節動作設定部３０２に供給する。
【００６０】
関節動作設定部３０２は、必要回動角度データに基づいて、図１１を参照して後述するように、各関節部を回動させる角度（以下、関節回動角度と称する）を設定し、関節回動角度を示す情報（以下、関節回動情報と称する）を関節動作制御部３０３に供給する。
【００６１】
関節動作制御部３０３は、頭部ユニット１４２のアクチュエータ１７１乃至１７５を制御し、各関節部に設けられた角度センサ（例えば、図６の角度センサ２１４）から取得した各軸の角度を示すデータに基づいて、関節動作情報に示された関節回動角度の方向に、頭部関節部１６１または首部関節部１６３を回動させる。例えば、関節動作制御部３０３は、アクチュエータ１７１乃至１７５に内蔵されるサーボモータ（例えば、ロール軸モータ２０１、ピッチ軸モータ２０６、またはヨー軸モータ２１１）の回転速度や回転角度などの制御（サーボ制御）を行なう。なお、関節動作制御部３０３は、サーボ制御回路としてハードウェアにより実現するようにしてもよい。
【００６２】
次に、図１１を参照して、関節動作制御処理の詳細について説明する。
【００６３】
ステップＳ１において、動作角度設定部３０１は、ユーザから入力されたり、または、メインコントロール部１５１が他のプログラムを実行することにより実現される機能により出力された動作指令を取得する。
【００６４】
ステップＳ２において、動作角度設定部３０１は、動作指令に基づいて、各軸（ロール軸、ピッチ軸、およびヨー軸）回りの必要回動角度を求める。具体的には、例えば、動作角度設定部３０１は、各動作指令に対応する各軸回りの必要回動角度を示すデータ（以下、動作角度データと称する）を予め記憶しておき、動作角度データに基づいて、各軸回りの必要回動角度を決定する。例えば、動作指令により動作Ａが指示された場合、動作角度データに基づいて、各軸回りの必要回動角度は、ロール軸回りに＋３０°、ピッチ軸回りに２０°、およびヨー軸回りに＋１００°に設定される。なお、動作角度設定部３０１が、指定された動作ごとに所定のアルゴリズムに基づいて、各軸回りの必要回動角度を求めるようにしてもよい。また、動作指令により、各軸回りの必要回動角度が直接指定されるようにしてもよい。
【００６５】
動作角度設定部３０１は、求めた必要回動角度を示す必要回動角度データを関節動作設定部３０２に供給する。なお、以下の説明において、ロール軸回りの必要回動角度が＋３０°、ピッチ軸回りの必要回動角度が−２０°、およびヨー軸回りの必要回動角度が＋１００°に設定されたものとする。
【００６６】
ステップＳ３において、関節動作設定部３０２は、各軸について、動作させる回動軸（以下、動作軸と称する）を、優先順位の最も高い回動軸に設定する。具体的には、各軸ごとに動作軸の優先順位が予め定められており、関節動作設定部３０２は、その優先順位に基づいて、各軸について、優先順位の最も高い回動軸を動作軸に設定する。
【００６７】
例えば、予め、ピッチ軸については、ピッチ軸１８１−４、ピッチ軸１８１−２の順番に動作軸の優先順位が定められており、ヨー軸については、ヨー軸１８１−５、ヨー軸１８１−３の順番に動作軸の優先順位が定められているものとする。ロール軸については、ロール軸１８１−１の１つの回動軸のみであり、自動的にロール軸１８１−１が最も優先順位が高い回動軸となる。上述した例の場合、ステップＳ３において、動作軸は、ロール軸１８１−１、ピッチ軸１８１−４、およびヨー軸１８１−５に設定される。
【００６８】
ステップＳ４において、関節動作設定部３０２は、頭部ユニット１４２を現在の動作軸回りで必要回動角度まで回動させることができるか否かを判定する。いまの場合、ロール軸の動作軸であるロール軸１８１−１回りの最大回動範囲±３０°に対して、ロール軸回りの必要回動角度は＋３０°であり、ロール軸については、頭部ユニット１４２を必要回動角度まで回動させることができると判定される。同様に、ピッチ軸の動作軸であるピッチ軸１８１−４回りの最大回動範囲±２２．５°に対して、ピッチ軸回りの必要回動角度は−２０°であり、ピッチ軸についても、頭部ユニット１４２を必要回動角度まで回動させることができると判定される。
【００６９】
ヨー軸については、ヨー軸の動作軸であるヨー軸１８１−５回りの最大回動範囲±３０°に対して、ヨー軸回りの必要回動角度は＋１００°であり、頭部ユニット１４２を必要回動角度まで回動させることができないと判定される。従って、頭部ユニット１４２を現在の動作軸回りで必要回動角度まで回動させることができないと判定され、処理はステップＳ５に進む。
【００７０】
ステップＳ５において、関節動作設定部３０２は、動作軸を追加する。具体的には、関節動作設定部３０２は、ステップＳ４において、頭部ユニット１４２を必要回動角度まで回動させることができないと判定された軸について、現在の動作軸以外の回動軸で最も優先順位の高い回動軸を動作軸に追加する。例えば、いまの場合、ステップＳ４において、ヨー軸において、頭部ユニット１４２を必要回動角度まで回動させることができないと判定されており、現在のヨー軸の動作軸以外の回動軸で最も優先順位の高い回動軸であるヨー軸１８１−３が動作軸に追加され、ヨー軸の動作軸はヨー軸１８１−３および１８１−５の２つとなる。
【００７１】
その後、処理はステップＳ４に戻り、ステップＳ４において、頭部ユニット１４２を現在の動作軸回りで必要回動角度まで回動させることができると判定されるまで、ステップＳ４およびＳ５の処理が繰り返され、動作軸が追加される。
【００７２】
ステップＳ４において、頭部ユニット１４２を現在の動作軸回りで必要回動角度まで回動させることができると判定された場合、処理はステップＳ６に進む。いまの場合、２回目のステップＳ４の処理で、ヨー軸の動作軸であるヨー軸１８１−３の最大回動範囲が±９０°、およびヨー軸１８１−５の最大回動範囲が±３０°であり、ヨー軸回りに最大±１２０°まで回動可能となり、ヨー軸回りの必要回動角度の＋１００°以上となる。従って、頭部ユニット１４２を現在の動作軸回りで必要回動角度まで回動させることができると判定される。
【００７３】
ステップＳ６において、関節動作設定部３０２は、動作軸および各動作軸回りの回動角度を設定する。具体的には、関節動作設定部３０２は、動作軸が１つのみの軸については、その動作軸回りの回動角度を、その軸回りの必要回動角度に設定する。例えば、いまの場合、ロール軸およびピッチ軸の動作軸は、それぞれロール軸１８１−１およびピッチ軸１８１−４の１つずつであり、ロール軸１８１−１回りの回動角度がロール軸回りの必要回動角度である＋３０°に設定され、ピッチ軸１８１−４回りの回動角度がピッチ軸回りの必要回動角度である−２０°に設定される。
【００７４】
また、動作軸が２つ以上の軸については、全ての動作軸のうち優先順位が最も低い動作軸を除く動作軸回りの回動角度が、最大回動範囲の最大値または最小値に設定され、優先順位が最も低い動作軸回りの回動角度は、その軸回りの必要回動角度から他の動作軸回りの回動角度の合計を引いた値とされる。例えば、いまの場合、まず、ヨー軸の動作軸であるヨー軸１８１−３および１８１−５のうち、最も優先順位が低い動作軸であるヨー軸１８１−３を除くヨー軸１８１−５回りの回動角度が、ヨー軸１８１−５回りの最大回動範囲の最大値である＋３０°に設定される。そして、ヨー軸１８１−３回りの回動角度が、ヨー軸回りの必要回動角である＋１００°から、ヨー軸１８１−３以外の動作軸回りの回動角度の合計であるヨー軸１８１−５の回動角度の＋３０°を引いた＋７０°に設定される。
【００７５】
関節動作設定部３０２は、関節回動角度、すなわち各軸における動作軸と各動作軸回りの回動角度を示す関節回動情報を関節動作制御部３０３に供給する。
【００７６】
ステップＳ７において、関節動作制御部３０３は、アクチュエータ１７１乃至１７５を制御して、各関節部に設けられた角度センサ（例えば、図６の角度センサ２１４）から取得した各軸の角度を示すデータに基づいて、関節動作情報に示された回動角度の方向に、頭部関節部１６１または首部関節部１６３を回動させ、関節動作制御処理は終了する。いまの場合、関節動作制御部３０３は、アクチュエータ１７４および１７５を制御して、首部関節部１６３をピッチ軸１８１−４回りに−２０°の方向、およびヨー軸１８１−５回りに＋３０°の方向に回動させる。また、関節動作制御部３０３は、アクチュエータ１７１および１７３を制御して、頭部関節部１６１をロール軸１８１−１回りに＋３０°の方向、およびヨー軸１８１−３回りに＋７０°の方向に回動させる。
【００７７】
このように、互いにほぼ直交するロール軸、ピッチ軸、およびヨー軸を中心に回動する少なくとも３自由度の関節自由度を持ち、コアレスモータにより駆動する１個以上の関節部をロボットの頭部に備えることにより、ロボットのデザインの自由度を低下させずに、ロボットの頭部の動きを多彩にし、ロボットの表現力を高めることができる。
【００７８】
また、ロボットの頭部を所定の回動方向の所定の回動角度まで回動させる場合、予め定められた優先順位に基づいて、優先順位の高い第１のアクチュエータにより頭部を第１の軸を中心に回動方向に回動させることができる第１の最大角度が回動角度以上のとき、第１のアクチュエータにより頭部を回動方向に回動角度だけ回動させ、第１の最大角度が回動角度より小さいとき、第１のアクチュエータにより頭部を回動方向に第１の最大角度だけ回動させるとともに、第２のアクチュエータにより頭部を第２の軸を中心に回動方向に回動角度から第１の最大角度を引いた角度だけ回動させるように第１のアクチュエータまたは第２のアクチュエータを制御することにより、ロボットのデザインの自由度を低下させずに、ロボットの頭部の動きを多彩にし、ロボットの表現力を高めることができる。
【００７９】
上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、ネットワークや記録媒体からインストールされる。
【００８０】
図１２は、汎用のパーソナルコンピュータ７００の内部の構成例を示す図である。CPU（Central Processing Unit）７０１は、ROM（Read Only Memory）７０２に記憶されているプログラム、または記録部７０８からRAM（Random Access Memory）７０３にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM７０３にはまた、CPU７０１が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。
【００８１】
CPU７０１、ROM７０２、およびRAM７０３は、バス７０４を介して相互に接続されている。このバス７０４にはまた、入出力インターフェース７０５も接続されている。
【００８２】
入出力インターフェース７０５には、ボタン、スイッチ、キーボードあるいはマウスなどで構成される入力部７０６、CRT（Cathode Ray Tube）やLCD（Liquid Crystal Display）などのディスプレイ、並びにスピーカなどで構成される出力部７０７、ハードディスクなどで構成される記録部７０８、およびモデムやターミナルアダプタなどで構成される通信部７０９が接続されている。通信部７０９は、インターネットを含むネットワークを介して通信処理を行う。
【００８３】
入出力インターフェース７０５にはまた、必要に応じてドライブ７１０が接続され、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、あるいは半導体メモリなどよりなるリムーバブルメディア７１１が適宜装着され、そこから読み出されたコンピュータプログラムが、記録部７０８にインストールされる。
【００８４】
コンピュータにインストールされ、コンピュータによって実行可能な状態とされるプログラムを記録する記録媒体は、図１２に示されるように、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM（Compact Disc-Read Only Memory）、DVD(Digital Versatile Disc)を含む）、光磁気ディスク（MD(Mini-Disc)（登録商標）を含む）、もしくは半導体メモリなどよりなるリムーバブルメディア７１１により構成されるだけでなく、装置本体にあらかじめ組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記録されているROM７０３または記録部７０８に含まれるハードディスクなどで構成される。
【００８５】
なお、本明細書において、プログラム格納媒体に格納されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【００８６】
また、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表わすものである。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明を適用したロボットの一実施の形態の外観構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１のロボットの胴体部ユニットおよび頭部ユニットの内部に収容される骨格部の構成の例を示す斜視図である。
【図３】図１のロボットの頭部ユニットの各関節部の回動軸を説明する図である。
【図４】図１のロボットの骨格部の動きを説明する図である。
【図５】図１のロボットの骨格部の動きを説明する図である。
【図６】図１のロボットの頭部関節部の機構の構成の例を示す斜視図である。
【図７】図１のロボットの頭部関節部の機構の構成の例を横から見た図である。
【図８】図１のロボットの頭部関節部の可動部を隠すために隠し部材で覆う必要のある範囲を示す図である。
【図９】回動軸が互いにオフセットしたロボットの頭部関節部の可動部を隠すために隠し部材で覆う必要のある範囲を示す図である。
【図１０】メインコントロール部により実現される機能の構成の例を示す図である。
【図１１】メインコントロール部の関節動作制御処理を説明するフローチャートである。
【図１２】パーソナルコンピュータの構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０１  ロボット，  １１１  胴体部ユニット，  １１２  頭部ユニット，  １３１  骨格部，  １４１  胴体部ユニット，  １４２  頭部ユニット，  １５１  メインコントロール部，  １６１  頭部関節部，  １６２  連結部，  １６３  首部関節部，  １７１乃至１７５  アクチュエータ，  １８１−１  ロール軸，  １８１−２  ピッチ軸，  １８１−３  ヨー軸，  １８１−４  ピッチ軸，  １８１−５  ヨー軸，  １９１  外装，  ２０１  ロール軸モータ，  ２０２  ロール軸ギヤユニット，  ２０３乃至２０５  部材，  ２０６  ピッチ軸モータ，  ２０７  ピッチ軸ギヤユニット，  ２０８  部材，  ２０９  軸受，  ２１０  部材，  ２１１  ヨー軸モータ，  ２１２  部材，  ２１３  部材，  ２１４  角度センサ，  ３０１  動作角度設定部，  ３０２  関節動作設定部，  ３０３  関節動作制御部，  ７０１  CPU，  ７０２  ROM，  ７０３  RAM，  ７０８  記録部，  ７１０  ドライブ，  ７１１  リムーバブルメディア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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